蘇有良

（合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

給定行程、極位夾角解析設(shè)計(jì)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

蘇有良

（合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

通過(guò)分析曲柄滑塊機(jī)構(gòu)處于極限位置其結(jié)構(gòu)尺寸和角度所存在的事實(shí)關(guān)系，建立方程式；并通過(guò)分析曲柄滑塊機(jī)構(gòu)圖解原理圖，推導(dǎo)出曲柄、連桿、偏距在給定行程、極位夾角條件下其取值范圍。設(shè)計(jì)中在相應(yīng)取值范圍內(nèi)確定曲柄、連桿、偏距中的某一結(jié)構(gòu)尺寸，即可代入所推導(dǎo)的設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸解析設(shè)計(jì)計(jì)算，設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)捷明了。

設(shè)計(jì)公式；最大壓力角；取值范圍

平面曲柄滑塊機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)之間的相互轉(zhuǎn)換，在機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用廣泛，其設(shè)計(jì)例命題一般是：已知滑塊的行程、行程速比系數(shù)和一些附加條件，進(jìn)行設(shè)計(jì)平面曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)的方法主要有圖解法和解析法，圖解法在高校教材中有詳細(xì)介紹，我們較為熟悉，解析法在一些文獻(xiàn)資料中也有不同方式的闡述。本文從另一個(gè)角度出發(fā)，通過(guò)分析曲柄滑塊機(jī)構(gòu)處于極限位置其結(jié)構(gòu)尺寸和角度所存在的事實(shí)關(guān)系，建立方程式；并通過(guò)分析曲柄滑塊機(jī)構(gòu)圖解原理圖，推導(dǎo)出曲柄、連桿、偏距在給定行程、極位夾角條件下其取值范圍。設(shè)計(jì)中在相應(yīng)取值范圍內(nèi)確定曲柄、連桿、偏距中的某一結(jié)構(gòu)尺寸，即可代入所推導(dǎo)的設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸解析設(shè)計(jì)計(jì)算，設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)捷清析。

一、設(shè)計(jì)計(jì)算公式的推導(dǎo)

已知曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)為k、H行程為[1]。圖解法設(shè)計(jì)此曲柄滑塊機(jī)構(gòu) ：

③過(guò)點(diǎn)C1、C2各作一直線(xiàn)與C1C2成（90°-θ）的夾角，此兩線(xiàn)相交于點(diǎn)O，以O(shè)點(diǎn)為圓心過(guò)C1、C2點(diǎn)作圓。

④在C1F或弧C2E（其中不含弧上的點(diǎn)C1、F、C2、E點(diǎn)）選擇一點(diǎn)A，該點(diǎn)A即為曲柄的軸心。

⑤根據(jù)給定的附加條件進(jìn)行校核。

圖1

令圖1中的曲柄AB=a，連桿BC=c，則由上述圖解原理可知:

由△AC1C2和直角三角形△AC1D容易得到：

由△AC1C2得：

由（2）式得

當(dāng)曲柄位于離滑塊導(dǎo)路最遠(yuǎn)的垂直位置時(shí)，壓力角為最大值 ，即圖1中的角∠DCB，由△BCD得：

1．給定曲柄a設(shè)計(jì)公式:

將（3）代入（1）式得方程：

解方程（6）得給定曲柄長(zhǎng)度a的設(shè)計(jì)計(jì)算公式：

2．給定連桿長(zhǎng)度b的設(shè)計(jì)計(jì)算公式:

由（4）式代入（1）得：

解方程（8）得給定連桿長(zhǎng)度b的設(shè)計(jì)計(jì)算公式：

3．給定偏距e長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)計(jì)算公式

解方程（6）、（8）得給定連桿長(zhǎng)度e的設(shè)計(jì)計(jì)算公式：

二．設(shè)計(jì)實(shí)例

已知平面曲柄滑塊機(jī)構(gòu)行程H=100mm，行程速比系數(shù)K=1.2，許用壓力角[]=45°，設(shè)計(jì)此曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。

（1）給定曲柄長(zhǎng)度a的設(shè)計(jì)計(jì)算：

由設(shè)計(jì)算公式（7）得曲柄a的取值范圍為：1 4.68＜a＜50，取a=45mm，由設(shè)計(jì)算公式（7）得：

（2）給定曲柄長(zhǎng)度b的設(shè)計(jì)計(jì)算:

由設(shè)計(jì)算公式（9）得曲柄b的取值范圍為：50＜b＜347.84，取b=100mm，由設(shè)計(jì)算公式（7）得：

（3）給定曲柄長(zhǎng)度b 的設(shè)計(jì)計(jì)算:

由設(shè)計(jì)算公式（10）得曲柄e的取值范圍為0

三、結(jié)束語(yǔ)：

通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)例可知，在給定行程、行程速比系數(shù)條件下，依據(jù)所推導(dǎo)的曲柄、連桿、偏距取值范圍不等式，即可算出其相應(yīng)的結(jié)構(gòu)尺寸取值范圍，在相應(yīng)取值范圍內(nèi)確定曲柄、連桿、偏距中的某一結(jié)構(gòu)尺寸后，即可代入所推導(dǎo)的設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸解析設(shè)計(jì)計(jì)算，設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)捷明了、易于完成。

[1]孫恒,陳作模.機(jī)械原理[M].北京：高等數(shù)學(xué)教育出版社，1996：180.

[2]蘇有良．根據(jù)許用壓力角、行程速比系數(shù)和行程設(shè)計(jì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的解析法[J]．機(jī)械設(shè)計(jì)，2008,（9）：71-73.

[3]鄭文偉,吳克堅(jiān).機(jī)械原理(第七版)[M].北京：高等教育出版社,1997：96-103.

[4]蘇有良.無(wú)急回特性曲柄搖桿機(jī)構(gòu)解析設(shè)計(jì)法[J]．輕工機(jī)械,2007,(1)：60-62.

[5]孫靖民．機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)[M]．北京機(jī)械工業(yè)出版社，1990.

[5]唐家瑋.平面連桿機(jī)構(gòu)的綜合[M]．哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1995.

[6]李明,賴(lài)尚丁,李春曄.也談同時(shí)按K和[a]設(shè)計(jì)平面曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的解析法[J].機(jī)械設(shè)計(jì)，2000,（6）：36.

[7]梁崇高.平面連桿機(jī)構(gòu)的計(jì)算設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，1993.

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1671-5993（2010）03-0064-02

2010-09-02

蘇有良（1969-），男，安徽滁州人，滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系副教授，合肥工業(yè)大學(xué)在讀碩士，側(cè)重研究組合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。